電氣工程自動化的意義2.doc

l 電氣工程自動化的意義 自動化的重要意義 摘要：我們經(jīng)常看到生活中有許多不斷重復(fù)的簡單小事，浪費了我們大量的時間，尤其在工廠生產(chǎn)中，如果設(shè)計一個機器讓它來做這些將是一件多么方便的事呀。采用自動化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強人類認(rèn)識世界和改造世界的能力。 電氣自動化這個專業(yè)從50年代開始在我國出現(xiàn)并發(fā)展，名稱為工業(yè)企業(yè)電氣自動化。雖然國家對該專業(yè)做了幾次大規(guī)模的調(diào)整，但由于其專業(yè)面寬，適用性廣，一直到現(xiàn)在仍然煥發(fā)著勃勃生機。根據(jù)教育部的安排，它屬于工科電氣信息類，新名稱為電氣工程及其自動化或自動化?，F(xiàn)代電子科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展進(jìn)步，原有的電力傳動(電子拖動)控制的概念已經(jīng)無法再全面概括現(xiàn)代生產(chǎn) 現(xiàn)代工業(yè)電 自動化系統(tǒng)中承擔(dān)第一線任務(wù)的全部控制設(shè)備。同時，電氣自動化在我國各個生產(chǎn)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，并取得不錯的效果。 我所了解的自動化是指機器或裝置在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動地進(jìn)行操作或運行。廣義地講，自動化還包括模擬或再現(xiàn)人的智能活動。自動化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科學(xué)研究、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)以及家庭等各方面。采用自動化技術(shù)不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及 惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴(kuò)展、放大人的功能和創(chuàng)造新的功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強人類認(rèn)識世界和改造世界的能力。由此可見，自動化在人類社會中的地位至關(guān)重要。因此專家學(xué)者說，自動化是一個國家或社會現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。 隨著自動化發(fā)展將是智能，智能控制理論解決的是復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。如今的社會是信息化與智能化的社會，可以說，現(xiàn)在的社會已經(jīng)離不開自動化。我們可以從身邊的事物發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)自動化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科學(xué)研究、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)以及家庭等各方面。例如計算機集成制造系統(tǒng)的發(fā)展就涉及到了許多自動化的技術(shù)。通過發(fā)展算機集成制造系統(tǒng)，可以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)的柔性增 強產(chǎn)品對市場的適應(yīng)性，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和庫存，增加企業(yè)員工對企業(yè)的滿足感，增加用戶滿意度等。同樣，在各領(lǐng)域應(yīng)用的機器人也是自動化的成果，包括用于制造環(huán)境下的工業(yè)機器人，用于非制造環(huán)境下的特種機器人等。此外，自動化還應(yīng)用于高速列車，國際空間站，虛擬現(xiàn)實技術(shù)，巡航導(dǎo)彈和預(yù)警飛機等方面。通過這些例子我們可以看到，雖然自動化經(jīng)歷了漫長的發(fā)展 歷史，今天它依 然煥發(fā)出無限的活力。如今的控制問題越發(fā)復(fù)雜，面對更多更棘手的問題，自動化也在不斷地發(fā)展，日益完善。專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制、模糊邏輯控制和具有多層感知器 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)的發(fā)展使得復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題能夠得到解決。我們有理由相信，自動化會發(fā)展的越來越好，自動化一定會有更廣闊的未來！我們還可以利用電氣自動化來改變現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，節(jié)約有效的資源，降低成本費用， 以此來獲得更好的社會、經(jīng)濟(jì)效益。大力發(fā)展 電氣傳動自動化技術(shù)，可以將我國的電氣化使用提高到一定的水平，縮短與世界大國的發(fā)展距離， 實現(xiàn)自主研發(fā)，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著十分重要的作用。規(guī)范我國電氣傳動自動化技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)規(guī)模化、規(guī)范化生產(chǎn)。所以自動化在我們生活中扮演著重要角色，我們要好好利用它。關(guān)于電氣學(xué)科環(huán)節(jié)的分析 1.隨著電氣工程系統(tǒng)的不斷健全,電氣學(xué)科理論知識也在不斷深化應(yīng)用,這兩者實現(xiàn)了相互促進(jìn)。我國對于電氣信息學(xué)科的劃分包括以下內(nèi)容,其屬于工學(xué)門類,其學(xué)科分支有電氣工程、信息通信工程、計算機科學(xué)技術(shù)等。無論是哪一個學(xué)科分支,其都以計算機應(yīng)用為基礎(chǔ),這是電氣學(xué)科的理論實踐基礎(chǔ),也是電氣工程的應(yīng)用基礎(chǔ)。隨著時代的發(fā)展,其技術(shù)工程及其電磁類的基礎(chǔ)學(xué)科得到有效結(jié)合。實現(xiàn)了對其現(xiàn)代電氣工程的發(fā)展,滿足了市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。我國電氣工程一級學(xué)科下設(shè)五個二級學(xué)科:電機與電器、電力系統(tǒng)及其自動化、高電壓與絕緣技術(shù)、電力電子與電力傳動、電工理論與新技術(shù), 電氣工程包含的專業(yè)基礎(chǔ)理論有電路原理、模擬電子、數(shù)字電子、微機原理與接口技術(shù)、單片機原理、自動控制原理、電磁理論、MATLAB仿真等。專業(yè)理論有電力系統(tǒng)及其暫態(tài)分析、電力電子、電機學(xué)、高電壓與絕緣、電力拖動、輸配電、工廠企業(yè)供電、電力市場等。2目前來說,國外發(fā)達(dá)國家的電氣工程專業(yè)體系是比較健全的,隨著經(jīng)濟(jì)時代的發(fā)展,其內(nèi)部理論實踐體系日益健全,伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。在以前的電氣工程專業(yè)中,國外發(fā)達(dá)國家的教學(xué)是以電力工程為主要的模式,隨著知識經(jīng)濟(jì)時代的發(fā)展,其電子技術(shù)及其計算機技術(shù)逐漸成為電氣工程的應(yīng)用核心,其電氣學(xué)科體系日益健全。有些國外高校的電氣工程教學(xué)過程中,實現(xiàn)了對電力工程學(xué)科的取締,取而代之的是電氣工程的計算機應(yīng)用教學(xué),這滿足了國際經(jīng)濟(jì)發(fā)展的局勢,實現(xiàn)了對電氣工程的更新,保障了電氣學(xué)科系統(tǒng)的健全,確保其內(nèi)部各個環(huán)節(jié)的有效協(xié)調(diào),無論是電氣學(xué)科的健全還是電氣工程技術(shù)的更新,這一定程度提升了國外發(fā)達(dá)國家的發(fā)展的軟硬實力。我國的電氣工程始于1908年上海南洋公學(xué)的電機電工學(xué)科,就是上海交大的前身,距今也有100多年的歷史了。 1917年該校的電機?？圃O(shè)立了電訊門,即我國最早的無線電專業(yè),如今的電子信息及計算機專業(yè)群都是由此發(fā)展演化而來的。1932年,清華大學(xué)設(shè)置了電機系。建國后,我國建立了一大批以工科為主的多科性大學(xué),其中大多設(shè)立了電機工程系。1977年以后,大部分高校的“電機工程系”陸續(xù)更名為“電氣工程系”,近幾年來,部分高校又把“電氣工程系”發(fā)展成為“電氣工程學(xué)院”。我國的電氣工程雖然與國外名稱相同,但內(nèi)涵有很大區(qū)別,我國大學(xué)一般都是強弱電分開,即電氣類與電信類分設(shè)在不同的學(xué)院。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國高校的電氣工程教學(xué)中,電力學(xué)科也逐漸實現(xiàn)了與現(xiàn)代信息技術(shù)的融合,符合了國家信息化經(jīng)濟(jì)的法發(fā)展需要,這有效推動了我國的電氣工程的學(xué)科應(yīng)用系統(tǒng)的健全,進(jìn)行其電氣工程領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新模式的應(yīng)用,保障其內(nèi)部技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)的優(yōu)化。在此過程中,我們?yōu)榱吮緡碾姎饨?jīng)濟(jì)的發(fā)展需要,需要進(jìn)行國外電氣學(xué)科的先進(jìn)管理經(jīng)驗的汲取。國外發(fā)達(dá)國家的著名大學(xué)大都把電氣工程、通信工程、計算機工程放在同一學(xué)院,以利于在電氣工程學(xué)科中融入大量的信息技術(shù)知識。與其他學(xué)科不斷交叉融合,拓展了研究領(lǐng)域,大量的研究都是在跨學(xué)科領(lǐng)域開展的。與企業(yè)聯(lián)系密切,科技成果轉(zhuǎn)換能力強,引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)更新。隨著工業(yè)生產(chǎn)對起重機調(diào)速性能要求的不斷提高，常用傳統(tǒng)的起重機調(diào)速方法如：繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速和串級調(diào)速等共同的缺點是繞線轉(zhuǎn)子異步電動機有集電環(huán)和電刷，它們要求定期維護(hù)，由集電環(huán)和電刷引起的故障較為常見，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現(xiàn)場維護(hù)量較大，調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高，而且調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標(biāo)較差，已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的特殊要求。 本文則主要介紹現(xiàn)代交流變頻器應(yīng)用于現(xiàn)代起重機的若干知識與問題。因此隨著工業(yè)生產(chǎn)對起重機調(diào)速性能要求的不斷提高，常用傳統(tǒng)的起重機調(diào)速方法如：繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、晶閘管定子調(diào)壓調(diào)速和串級調(diào)速等共同的缺點是繞線轉(zhuǎn)子異步電動機有集電環(huán)和電刷，它們要求定期維護(hù)，由集電環(huán)和電刷引起的故障較為常見，再加上大量繼電器、接觸器的使用，致使現(xiàn)場維護(hù)量較大，調(diào)速系統(tǒng)的故障率較高，而且調(diào)速系統(tǒng)的綜合技術(shù)指標(biāo)較差，已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的特殊要求。 本文則主要介紹現(xiàn)代交流變頻器應(yīng)用于現(xiàn)代起重機的若干知識與問題。電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計思想 1集中監(jiān)控方式 這種監(jiān)控方式優(yōu)點是運行維護(hù)方便，控制站的防護(hù)要求不高，系統(tǒng)設(shè)計容易。但由于集中式的主要特點是將系統(tǒng)的各個功能集中到一個處理器進(jìn)行處理，處理器的任務(wù)相當(dāng)繁重，處理速度受到影響。由于電氣設(shè)備全部進(jìn)入監(jiān)控，伴隨著監(jiān)控對象的大量增加隨之而來的是主機冗余的下降、電纜數(shù)量增加，投資加大，長距離電纜引入的干擾也可能影響系統(tǒng)的可靠性。同時，隔離刀閘的操作閉鎖和斷路器的聯(lián)鎖采用硬接線，由于隔離刀閘的輔助接點經(jīng)常不到位，造成設(shè)備無法操作。這種接線的二次接線復(fù)雜，查線不方便，大大增加了維護(hù)量，還存在由于查線或傳動過程中由于接線復(fù)雜而造成誤操作的可能性。 2遠(yuǎn)程監(jiān)控方式 遠(yuǎn)程監(jiān)控方式具有節(jié)約大量電纜、節(jié)省安裝費用、，節(jié)約材料、可靠性高、組態(tài)靈活等優(yōu)點。由于各種現(xiàn)場總線(如Lonworks總線，CAN總線等)的通訊速度不是很高，而電廠電氣部分通訊量相對又比較大，所有這種方式適合于小系統(tǒng)監(jiān)控，而不適應(yīng)于全廠的電氣自動化系統(tǒng)的構(gòu)建.3現(xiàn)場總線監(jiān)控方式 目前，對于以太網(wǎng)(Ethernet)、現(xiàn)場總線等計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于變電站綜合自動化系統(tǒng)中，且已經(jīng)積累了豐富的運行經(jīng)驗，智能化電氣設(shè)備也有了較快的發(fā)展，這些都為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)電廠電氣系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場總線監(jiān)控方式使系統(tǒng)設(shè)計更加有針對性，對于不同的間隔可以有不同的功能，這樣可以根據(jù)間隔的情況進(jìn)行設(shè)計。采用這種監(jiān)控方式除了具有遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的全部優(yōu)點外，還可以減少大量的隔離設(shè)備、端子柜、I/0卡件、模擬量變送器等，而且智能設(shè)備就地安裝，與監(jiān)控系統(tǒng)通過通信線連接，可以節(jié)省大量控制電纜，節(jié)約很多投資和安裝維護(hù)工作量，從而降低成本。另外，各裝置的功能相對獨立，裝置之間僅通過網(wǎng)絡(luò)連接，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)靈活，使整個系統(tǒng)的可靠性大大提高，任一裝置故障僅影響相應(yīng)的元件，不會導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。因此現(xiàn)場總線監(jiān)控方式是今后發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。 比如發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)絕大多數(shù)都是采用分層分布結(jié)構(gòu),由高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)(以太網(wǎng))、運行人員工作站(OS)、過程控制單元(PCU)、工程師工作站(ES)等部分組成,過程控制單元(PCU)是其中最為重要的部分,可接受現(xiàn)場變送器、脈沖量、開關(guān)量、電氣量、熱電偶、熱電阻等信號,可直接應(yīng)用于生產(chǎn)過程,它是由能可冗余配置的主控模件(MCU)和智能I/O模件構(gòu)成,在運算處理之后可實現(xiàn)生產(chǎn)過程的聯(lián)鎖監(jiān)測、聯(lián)鎖控制、聯(lián)鎖保護(hù)等。運行人員工作站(OS)和工程師工作站(ES)能夠提供了人機接口,同時為電氣設(shè)備維修工程師提供系統(tǒng)診斷、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)組態(tài)設(shè)置等手段。數(shù)據(jù)的采集、處理、監(jiān)控都采用微型計算機來完成,機組的監(jiān)控水平得到了大幅度的提升,也提高了人機交互界面;無論是進(jìn)口的機組,還是國產(chǎn)的大型機組,基本都安裝了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng);在很多電廠的自動裝置設(shè)備都是采用數(shù)字化儀表來進(jìn)行顯示控制,而不再是過去那種傳統(tǒng)的機械式儀表,這些措施都將我國的電廠熱工自動化技術(shù)推向到了一個新的高度。 電網(wǎng)調(diào)度的自動化。電網(wǎng)調(diào)度的自動化一般是由電網(wǎng)調(diào)度中心的計算機網(wǎng)絡(luò)、大屏幕顯示器、打印設(shè)備、工作站、服務(wù)器等組成。它由處于調(diào)度區(qū)域內(nèi)的測量控制設(shè)備等變電站終端、下級電網(wǎng)調(diào)度中心、發(fā)電廠等構(gòu)成,由電力系統(tǒng)專屬局域網(wǎng)進(jìn)行連接。電網(wǎng)調(diào)度的自動化的主要功能有:適應(yīng)電力市場的運營需求、對電網(wǎng)運行安全情況進(jìn)行分析、監(jiān)控、實時采集電力生產(chǎn)的過程中數(shù)據(jù)、自動發(fā)電控制、對電力系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行評估、自動經(jīng)濟(jì)調(diào)度、對電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測等。 配電自動化。配電自動化與調(diào)度自動化相比,規(guī)模要小的多。配電自動化目標(biāo)在于實現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行、減輕運行人員的勞動強度、為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)、提高供電的可靠性、改進(jìn)電能質(zhì)量等,是一項綜合信息管理系統(tǒng),集合了設(shè)備管理技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等為一體。配電自動化在美國、英國、加拿大等一些發(fā)達(dá)國家已有了多年的運行經(jīng)驗,并且有向縱深性發(fā)展的趨勢,如人工智能、光纖通信、大規(guī)模地形顯示等。目前我國的配電自動化技術(shù)主要使用了配電管理+集中監(jiān)控模式的配電自動化、集中監(jiān)控模式的配電自動化、就地控制的饋線自動化模式,且使用了分布式總體結(jié)構(gòu),通過網(wǎng)絡(luò)將子站和主站聯(lián)在一起,形成統(tǒng)一的配電自動化系統(tǒng)。 加強電氣工程自動化系統(tǒng)的人性化設(shè)計 1文化因素。我們在對電氣工程自動化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時,應(yīng)該表現(xiàn)出與技術(shù)進(jìn)步和時代精神的與日俱進(jìn),滿足電廠的功能需求,符合電廠的企業(yè)文化特征。 2美學(xué)因素。在進(jìn)行電氣工程自動化系統(tǒng)設(shè)計的時候,應(yīng)該基于人性化設(shè)計的角度來進(jìn)行研究考慮,對人的觸覺、聽覺、視覺等審美情趣進(jìn)行充分的考慮。 3人機工程學(xué)因素。應(yīng)該采用多學(xué)科的方法,如心理學(xué)、生理學(xué)、人體力學(xué)、人體測量學(xué)等來提供人體機能特征參數(shù),研究人體特征和結(jié)構(gòu),為電氣工程自動化的設(shè)計提供人性化的要求。4環(huán)境因素。對光照、音響、濕度、溫度及其他物理因素采用人性化設(shè)計的理念來進(jìn)行分析,讓人具有舒適感和安全感。 5可靠性因素。人們接受及信賴的基本條件就是電氣工程自動化系統(tǒng)的可靠性。高可靠性的電氣工程自動化系統(tǒng),重點是要體現(xiàn)出系統(tǒng)對人性的關(guān)懷,增加對于人的安全的考慮,其次才是考慮電氣工程自動化系統(tǒng)的使用壽命、可用率系統(tǒng)性能。探討電氣自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 電氣技術(shù)的未來發(fā)展前景是非常廣闊的,其影響著電力工業(yè)及其相關(guān)電力行業(yè)發(fā)展,可以說電氣技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展,是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。電氣技術(shù)的發(fā)展,也推動了可再生能源技術(shù)的深化應(yīng)用,滿足了國家經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展,實現(xiàn)了對風(fēng)電技術(shù)、光伏技術(shù)及其氫能的有效應(yīng)用,這符合未來電氣工程的發(fā)展需要,滿足低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。特別是氫能技術(shù)的應(yīng)用,氫能有其他能源無與倫比的優(yōu)勢,其反應(yīng)后的生成物為水和氮化氫,對環(huán)境沒有污染。地球上的海水所含的氫用來發(fā)電就夠人類用數(shù)億年。單位重量的發(fā)熱量叫熱值,氫的熱值是汽油的3倍,煤炭的4倍。現(xiàn)在世界上很多國家正在斥巨資研究這一能源,但目前還處在實驗室階段, 距工業(yè)應(yīng)用還有一段距離。超導(dǎo)技術(shù)的深化,滿足了電氣工程的發(fā)展需要,促進(jìn)其綜合社會效益的提升,通過對其超導(dǎo)儲能系統(tǒng)的深化應(yīng)用,實現(xiàn)對其電能的有效轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)對其電磁能的應(yīng)用。它是一種高效的儲能系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)的安全性的提升,滿